U.D. 1.- “PRINCIPIOS DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA.”
Indice de contenidos:
1.1. EL SOL.
1.1.1. Características del sol.
1.1.2. El espectro solar.
1.1.3. Tipos de radiación solar.
1.1.4. Parámetros de la posición sol-tierra.
1.1.5. Captación de la energía solar.
1.2. PARÁMETROS DE LA ENERGÍA SOLAR.
1.2.1. Irradiancia solar.
1.2.2. Irradiación solar.
1.2.3. Insolación.
1.2.4. Indice de claridad
1.2.5. Horas de sol pico. (HSP).
1.2.6. Coeficiente de inclinación.
1.3.- SISTEMAS DE CONVERSIÓN
1.3.1. Efecto fotovoltaico. Célula solar.
1.3.2. Tipos de células.
1.3.3. Parámetros fundamentales.
1.1. EL SOL
1.1.1.- CARACTERÍSTICAS DEL SOL
El Sol es una estrella de tipo medio en cuyo interior, y debido a las altas temperaturas
y presiones existentes (entre 10 y 40 millones de ºK y más de 1 millón de atmósferas), se
producen reacciones termonucleares de fusión, en las cuales interviene su principal
componente, el HIDROGENO.
En estas reacciones el hidrógeno H se convierte en helio He con una pérdida de masa
de aproximadamente el 0,7%. Esta masa se convierte en energía radiactiva y atraviesa la capa
solar hasta llegar a su superficie, la cual se encuentra a 5.500 ºK, radiándose a continuación al
espacio en forma de: ondas electromagnéticas, neutrinos y partículas subatómicas (viento
solar).
Diámetro del sol 109 veces superior al de la Tierra
Masa del Sol Sol 330.000 veces mayor que la de la
Tierra
Temperatura Superficial de Sol 5.500 ºK
Origen de la energía radiada Reacciones de fusión, Hidrógeno ……….Helio
+ energía
Distribución de la energía radiada Calorífica = 46%; Luminosa = 49 %;
Ultravioleta = 4 %; otras 1%
Constante solar ( PERIHELIO) 1.400 W/m², fuera de la atmósfera
Constante solar ( AFELIO ) 1.309 W/m², fuera de la atmósfera
Distancia media de la tierra al Sol 150.000.000 Km
,1.1.2.- EL ESPECTRO SOLAR
La energía solar que nos llega a la Tierra lo hace en forma de ondas
electromagnéticas, con longitudes de onda (λ) entre 0,3 y 3 μm. Dentro de este espectro nos
encontramos con las siguientes radiaciones: Gamma (1%), Ultra violeta (4%), Luminosa (49%)
e Infrarroja (46%).
Si bien es cierto que las radiaciones gamma y ultra violeta poseen un mayor nivel
energético, debido a su baja longitud de onda, apenas representan un 5% del total de la
energía solar. Siendo la energía de las luminosas y las infrarrojas, con un 95%, la que
deberemos tener en cuenta para su aprovechamiento.
Las radiaciones electromagnéticas se pueden considerar como: corpúsculos
energéticos oscilantes (FOTONES ). Su nivel energético es inversamente proporcional a su
longitud de onda, según la siguiente ecuación:
T = h · f = h · c / λ , donde:
T = Energía del fotón.
h = Constante de Planck
f = Frecuencia del fotón
c = Velocidad de la luz
λ = Longitud de onda
La tierra recibe del Sol una energía de aprox. 5.000 Q/año, si consideramos el consumo
industrial en aprox. 0,25 Q/año (1 Q =3.10¹³ kWh), podremos hacernos una ligera idea de la
cantidad de energía que recibimos del Sol y de sus posibilidades para solucionar, en parte, el
problema energético que tiene la humanidad.
1.1.3.- TIPOS DE RADIACIÓN SOLAR
La dispersión que sufre la radiación solar al paso por la atmósfera hace que se
distingan dos tipos diferentes de radiación: DIRECTA y DIFUSA.
, La radiación directa la recibimos del sol sin recibir desviaciones en su trayectoria, se
caracteriza por producir sombras muy definidas y poder concentrarse mediante lentes. En días
muy claros puede llegar a ser de, hasta el 85% de la radiación total.
La radiación difusa es aquella que sufre desviaciones en su trayectoria, debido al paso
a través de la atmósfera. En días claros, este tipo de radiación, puede llegar a ser un 15% de la
total y en días nublados hasta el 100%.
Existe un tercer tipo llamada radiación de albedo, y es aquella radiación directa o
difusa que se refleja en el suelo o en superficies cercanas a él (nieve, lagos, paredes de
edificios, etc. ).
La radiación solar que recibimos a nivel de la superficie terrestre es la suma de las tres
anteriores, DIRECTA, DIFUSA Y DE ALBEDO.
1.1.4.- PARÁMETROS DE LA POSICIÓN SOL-TIERRA
a) Masa de aire:
Se denomina masa de aire (AM), a la distancia que recorre la radiación solar a
través de la atmósfera terrestre.
b) Estaciones:
La posición del sol con respecto a un punto determinado de la superficie terrestre,
es función de la hora del día y de la época del año.
, La posición del sol, para cualquier hora del día y época del año se determina
por dos ángulos: ELEVACIÓN y AZIMUT.
ALTURA o ELEVACIÓN.- Es el ángulo formado por la línea imaginaria que une el
sol con un determinado punto de la tierra, y su horizontal.
AZIMUT.- Es el ángulo formado por la proyección, sobre la superficie terrestre,
de la línea imaginaria que une el sol con un determinado punto de la tierra, y su
meridiano.
c) Constante Solar:
Es la intensidad de radiación solar, fuera de la atmósfera, que incide sobre una
superficie de 1 m2, perpendicular a los rayos solares, durante un segundo.
El valor real es de: 1.367 W / m2.
A nivel de superficie terrestre, por efectos de la atmósfera este valor queda en:
1.000 W / m2, y se denomina IRRADIANCIA Máxima.
